CN103344144A - 一种复合型槽道热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合型槽道热管，属于热管技术领域。所述热管包含蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段、绝热段和冷凝段均为圆管形，且三者等直径同轴。毛细芯结构为复合型槽道。复合型槽道由V型槽和圆形槽通过狭缝连接而成。热管工作过程中，V型槽能够提供较高的毛细压力驱动工质循环，同时具有较高的蒸发传热系数；而圆形槽作为液体从冷凝段向蒸发段回流的主要通道，由于具有较大的流通面积，能够大幅减小液体回流阻力，从而显著提高热管的传热极限。本发明的热管兼具高传热极限和高传热性能，适用于航天器热控制以及电子元器件的冷却等应用领域。

Description

一种复合型槽道热管
技术领域
本发明涉及热管技术领域，具体来说，是一种复合型槽道热管。
背景技术
热管是一种高效的两相传热器件，被誉为传热领域的超导体。它利用工质的蒸发和凝结来传递热量，而工质的循环由蒸发器毛细芯产生的毛细压力来驱动，无需外加动力。
根据毛细芯结构的不同，热管通常可分为槽道热管、丝网热管和烧结热管。其中，槽道热管由于制造简单、重复性好、容易实现质量控制以及运行稳定、可靠性高等突出优点，在许多领域特别是航天器热控系统获得了广泛应用，取得了良好效果。
对于槽道热管，目前的槽道形状主要有矩形、三角形和梯形等。对于应用最为普遍的矩形槽道热管，为提高其传热极限，可通过减小槽道宽度来增大其最大毛细压力，然而，这将同时造成液体从冷凝段向蒸发段的回流阻力的显著增大。由于上述两方面不可调和的矛盾，通过减小槽道宽度的方法只能在一定程度上增大热管的传热极限。对于其它单一槽道形状如三角形和梯形的槽道热管，同样面临上述问题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种复合型槽道形状的槽道热管。该复合型槽道由V型槽和圆形槽通过狭缝连接而成。热管工作过程中，V型槽能够提供较高的毛细压力驱动工质循环，同时具有较高的蒸发传热系数；而圆形槽作为液体从冷凝段向蒸发段回流的主要通道，由于具有较大的流通面积，能够大幅减小液体回流阻力，从而显著提高热管的传热极限。本发明的热管兼具高传热极限和高传热性能，适用于航天器热控制以及电子元器件的冷却等应用领域。
本发明提供的槽道热管包含蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段、绝热段和冷凝段均为圆柱型，且三者等直径同轴。毛细芯结构为复合型槽道。复合型槽道由V型槽和圆形槽通过狭缝连接而成。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
热管工作过程中，V型槽能够提供较高的毛细压力驱动工质循环，同时具有较高的蒸发传热系数；而圆形槽作为液体从冷凝段向蒸发段回流的主要通道，由于具有较大的流通面积，能够大幅减小液体回流阻力，从而显著提高热管的传热极限。本发明的热管兼具高传热极限和高传热性能，适用于航天器热控制以及电子元器件的冷却等应用领域。
附图说明
图1是本发明提供的槽道热管结构示意图；
图2是本发明提供的槽道热管的A-A截面放大示意图；
图3A和图3B为仿真模型中矩形槽道和复合型槽道的结构示意图。
图中：
1-蒸发段，2-绝热段，3-冷凝段，4-端盖A，5-端盖B，6-复合型槽道，7-蒸汽通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的一种槽道热管进行详细说明。
本发明提供一种复合型槽道热管，如图1所示，所述的热管为圆柱形，长度方向分为三段，分别为蒸发段1、绝热段2和冷凝段3，所以所述的蒸发段1、绝热段2和冷凝段3是等直径同轴的。在所述的蒸发段1端具有端盖A4，在冷凝段3端具有端盖B5，用来密封所述的槽道热管。所述的端盖A4和端盖B5分别与蒸发段1和冷凝段3的圆柱形(或称圆管形)结构固定连接（可以是焊接连接）。如图2所示，所述的热管内部包括蒸汽通道7和复合型槽道6，所述的复合型槽道由V型槽601和圆形槽602连通构成。所述的V型槽601的尖端与圆形槽602连通，连通部分的通道尺寸根据应用要求进行调整。
热管投入运行前，需要首先对系统抽真空（＜1×10-2Pa），然后注入高纯度的工质，如氨、水、甲醇、丙酮等，根据实际运行温度要求择优选择，同时应注意热管管壁材料与充装工质的相容性，例如，如果所述的热管管壁材料为铝，则工质可以为氨；如果热管管壁材料为铜，则工质可以是水。
实际应用中，被冷却器件（热源）与热管蒸发段外壁面直接相连，热量经蒸发段壳体传递给蒸发段1毛细芯内的液体工质，液体工质受热蒸发，产生的蒸汽沿热管中心蒸汽通道经绝热段2进入冷凝段3，蒸汽在冷凝段3释放热量冷凝为液体，液体沿毛细芯从冷凝段3回流至蒸发段1，从而完成循环。其中，工质在热管内的循环由毛细芯产生的毛细压力提供，无需外加动力。热管的尺寸可以根据被冷却器件的结构尺寸以及热沉的结构形式进行修改和调整，如为便于蒸发段1与平板型热源的连接，可应用一个鞍座对两者进行热耦合。
以上所述只是本发明的通常实施方式，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。
本发明中对所述的复合型槽道热管的蒸发传热性能和传热极限进行了数值仿真研究，并与普通矩形槽道热管的工作性能进行了比较。图3A和图3B给出仿真模型中矩形槽道和复合型槽道的结构，表1给出复合型槽道和矩形槽道的详细尺寸参数。为确保比较的合理性，两种槽道具有相同的开口宽度和深度。仿真结果表明，该复合型槽道的蒸发传热系数是矩形槽道的3倍以上，而传热极限是矩形槽道的4倍以上，显示出该复合型槽道热管优越的工作性能。
表1复合型槽道和矩形槽道的结构参数
Figure BDA00003322532500031

Claims (4)

1.一种复合型槽道热管，包括蒸发段、绝热段和冷凝段，所述的蒸发段、绝热段和冷凝段均为圆管形，且三者等直径同轴，其特征在于：所述热管的内壁的毛细芯结构为复合型槽道；复合型槽道由V型槽和圆形槽连通构成，复合型槽道与蒸汽通道连通。
2.根据权利要求1所述的一种复合型槽道热管，其特征在于：在所述的蒸发段端具有端盖A，在冷凝段端具有端盖B，用来密封所述的槽道热管。
3.根据权利要求1所述的一种复合型槽道热管，其特征在于：所述复合型槽道的深度为0.6mm。
4.根据权利要求1所述的一种复合型槽道热管，其特征在于：所述V型槽的尖端连通圆形槽，连通部分通道宽度为0.1mm，V型槽开口宽度为0.3mm，V型槽顶角的一半为45度，圆形槽直径为0.5mm。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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